基于AD590糧庫溫度檢測系統(tǒng)研究報告

-.z糧庫溫度檢測系統(tǒng)的研究摘要：我國人多地少，人均占有耕地面積更少。因此，要改變這種局面，只靠增加耕地面積是不可能實現(xiàn)的，因此我們要另辟蹊徑，提高糧食存儲效率，減少糧食損失及浪費，糧庫溫度檢測技術就是其中一個好的方法。隨著糧庫溫度檢測技術的普及，糧庫數(shù)量的不斷增多，其溫度控制便成為一個十分重要的課題。本論文介紹了一種基于單片機的糧庫溫度檢測系統(tǒng)，具體方案是利用溫度傳感器AD590將糧庫內溫度的變化，轉換為電壓變化輸入模數(shù)轉換器，其值由單片機處理，并控制數(shù)字顯示器，顯示糧庫內的實際溫度。一旦該溫度值超過預先設定的上、下限，單片機便啟動報警系統(tǒng)，進而對溫度進展控制。這種設計方案能對多點的溫度進展實時巡檢，各檢測單元能獨立完成各自功能，同時能夠對溫度進展定時采集，測量結果不僅能在本地顯示，而且可以利用單片機串行口，通過RS-485總線及通信協(xié)議將采集的數(shù)據(jù)傳送到計算機，進展進一步的存檔、處理。系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、可維護性好。關鍵詞：AT89S51;單總線技術;AD590.StudyongraindepottemperaturedetectionsystemAbstract:Inourcountry,thepercapitaarablelandareaofless.Therefore,inordertochangethissituation,onlybyincreasingtheareaofarablelandisimpossible,soweshouldopenanewpath,improvegrainstorageefficiency,reducefoodlossesandwaste,graindepottemperaturedetectiontechnologyisagoodmethod.Withthepopularizationofgranarytemperaturedetectiontechnology,agrowingnumberofgrain,thetemperaturecontrolisbeingaveryimportantsubject.Thispaperintroducesakindofgranarytemperaturedetectionsystembasedonsinglechipmicroputer,thespecificschemeisusingthetemperaturesensorAD590willchangeingraindepottemperature,intothechangeofvoltageinputanalogtodigitalconverter,itsvaluebythesinglechipprocessingandcontrol,digitaldisplay,displaytheactualtemperatureinthegraindepot.Oncethetemperaturee*ceededthepresetrange,SCMwillactivatealarmsystem,andthecontroloftemperature.Thisprojectcanmakereal-timemeasurementofthemultiplepointtemperature,theinspectionunitcanindependentlyfunction,alsocanbecollectedonthetemperature,measurementresultscannotonlylocally,butalsocanusethemicrocontrollerserialport,throughtheRS-485busmunicationprotocolandthedatacollectedwillbetransmittedtotheputer,processing,archivingfurther.Thesystemisstableandreliable,goodmaintainability.Keywords:AT89S51;Singlebustechnology;AD590目錄TOC\o"1-3"\h\u1緒論 11.1課題研究目的和現(xiàn)狀11.2論文主要內容 12糧庫溫度檢測系統(tǒng)硬件設計 22.1溫度傳感器的選擇及原理 22.1.1AD590溫度傳感器的選擇及其特性 22.1.2AD590傳感器工作原理 22.2單片機和MC14433的介紹 3AT89S51單片機的引腳說明42.2.2AT89S51單片機的工作原理 52.3MC14433的內部邏輯構造和引腳 62.3.1MC14433的引腳說明 62.3.2MC14433的工作原理 72.4系統(tǒng)硬件電路及原理 92.4.1系統(tǒng)硬件電路 92.4.2系統(tǒng)工作原理 113糧庫溫度檢測系統(tǒng)軟件設計 133.1系統(tǒng)的主程序設計133.2系統(tǒng)的子程序設計 154總結 17參考文獻 18致謝 19-.z1緒論1.1課題研究目的和現(xiàn)狀在人類的生活環(huán)境中，溫度扮演著極其重要的角色。無論你生活在哪里，從事什么工作，無時無刻不在與溫度打著交道。自18世紀工業(yè)革命以來，工業(yè)開展與是否能掌握溫度有著密切的聯(lián)系。在冶金、鋼鐵、石化、水泥、玻璃、醫(yī)藥等行業(yè)，可以說幾乎80%的工業(yè)部門都不得不考慮著溫度的因素。溫度不但對于工業(yè)如此重要，在農業(yè)食品保存中溫度的監(jiān)測與控制也有著十分重要的意義[1]。隨著單片機和傳感技術的迅速開展，自動檢測領域發(fā)生了巨大變化，室內環(huán)境自動監(jiān)測控制方面的研究有了明顯的進展，但是，目前應用于糧庫的溫度檢測系統(tǒng)大多采用模擬溫度傳感器、多路模擬開關、A/D轉換器及單片機等組成的檢測系統(tǒng)，安裝和拆卸繁雜，本錢也高；同時線路上傳送的是模擬信號，易受干擾和損耗，測量誤差也比擬大。在這樣的形式下，開發(fā)一種實時性高、精度高，能夠綜合處理多點溫度信息的測控系統(tǒng)就很有必要[2]。這種溫度測控系統(tǒng)可應用于農業(yè)產品的存儲，實現(xiàn)對溫度的實時監(jiān)控，是一種比擬智能、經濟的方案，以提高農副產品的存儲質量，以便帶來更好的經濟效益和社會效益。1.2論文主要內容本文介紹的溫度測控系統(tǒng)基于單總線技術及其器件組建的。該系統(tǒng)能夠對糧庫內的溫度進展采集，利用溫度傳感器將溫度的變化，變換成電流的變化，再轉換為電壓變化輸入模數(shù)轉換器，其值由單片機處理，最后由單片機去控制數(shù)字顯示器，顯示實際溫度，同時通過比擬，對糧庫內的溫度是否超過溫度限制進展分析[3]。如果超過我們預先設定的溫度限制，溫度報警系統(tǒng)將進展報警，并同時自動對倉庫內的溫度進展控制。這種設計方案實現(xiàn)了溫度實時測量、顯示和控制。該系統(tǒng)抗干擾能力強，具有較高的測量精度，不需要任何固定網(wǎng)絡的支持，安裝簡單方便性價比高，可維護性好。2糧庫溫度檢測系統(tǒng)硬件設計2.1溫度傳感器的選擇及原理測量溫度的關鍵是溫度傳感器，溫度傳感器的開展主要大體經過了三個階段:1.傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器(含敏感元件)2.模擬集成溫度傳感器/控制器3.智能溫度傳感器。模擬集成傳感器是采用硅半導體集成工藝而制成的，因此亦稱硅傳感器或單片集成溫度傳感器。模擬集成溫度傳感器是在20世紀80年代問世的，它是將溫度傳感器集成在一個芯片上，可完成溫度測量及模擬信號輸出功能的專用IC。模擬集成溫度傳感器的主要特點是功能單一(僅測量溫度)、測溫誤差小、價格低、響應速度快、傳輸距離遠、體積小、微功耗等，適合遠距離測溫、控溫，不需要進展非線性校準，外圍電路簡單。它是目前在國內外應用最為普遍的一種集成傳感器，典型產品有AD59O、AD592、TMP17、LM135等。D590溫度傳感器的選擇及其特性本系統(tǒng)選用的是常見的溫度傳感器AD590，AD590是美國模擬器件公司生產的單片集成兩端感溫電流源。它的主要特性如下：(1)線性度好，滿刻度*圍為±0.3℃；(2〕電源電壓*圍4~30V，當電源電壓在5~10V之間，電壓穩(wěn)定度為l％時，所產生的誤差只有±0.01℃；(3)功率損耗低[4]。2.1.2AD590傳感器工作原理AD590通過利用硅晶體管的根本性能來實現(xiàn)與溫度成正比這一特性，二極管的根本方程為：I=Is(e-1)≈Is．e2-1式中，I——通過二極管的電流Is——二極管的反向飽和電流V——二極管兩端電壓(伏)q——電子電荷量，等于1.60210(庫)K——常數(shù)，等于1.3810(焦耳／K)T——絕對溫度(K)由式(1)可知，I／Is=e，所以V=KT／q·lnI/Is=KT／q·lnJ2-2由式(2)可知V與絕對溫度成正比，AD590就是根據(jù)式(2)工作的。設T3、T4為理想三極管，將電流I分成兩部電流I=I。由8個和Tl一樣的三極管并聯(lián)構成T2所以Tl的電的8倍，兩個一樣的三極管流過不同的集電極電流I時，其V之差與絕對溫度成正比，即：V=V-V=KT／q·lnJl／J2=K／q·(1n8)·T=17910·T2-3AD590的簡化電路如圖1所示由式(3)可知，V與T成正比，V是T2管射極電阻R上的壓降，由于V與成正比所以通過R上的電流I必與絕對溫度T成正比，因I=2I，集成電路中的總電流I必與T成正比。設R=358，I=2(179×10／R)·T2-4所以I/T=lA／K2-5這就是AD590當溫度改變l度(絕對溫度)獲得lA電流輸出的，這就是把溫度轉成電流的道理[5]。2.2單片機和MC14433的介紹AT89S51單片機是一個低功耗，高性能CMOS8位單片機，片內含8kBytesISP(In-systemprogrammable)的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳構造，芯片內集成了通用8位中央處理器和ISPFlash存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89S51可為許多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案[6]。其主要功能特性。兼容MCS-51指令系統(tǒng)4k可反復擦寫(>1000次〕ISPFlashROM32個雙向I/O口4.5-5.5V工作電壓2個16位可編程定時/計數(shù)器時鐘頻率0-33MHz全雙工UART串行中斷口線128*8bit內部RAM2個外部中斷源低功耗空閑和省電模式中斷喚醒省電模式3級加密位看門狗〔WDT〕電路軟件設置空閑和省電功能靈活的ISP字節(jié)和分頁編程雙數(shù)據(jù)存放器指針MC14433是美國Motorola公司推出的單片31/2位A/D轉換器，其中集成了雙積分式A/D轉換器所有的CMOS模擬電路和數(shù)字電路。具有外接元件少，輸入阻抗高，功耗低，電源電壓*圍寬，精度高等特點，并且具有自動校零和自動極性轉換功能，只要外接少量的阻容件即可構成一個完整的A/D轉換器。

2.2.1AT89S51單片機的引腳說明P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復用口，作為輸出口用時，每位能驅動8個TTL邏輯門電路，對端口寫“1”可作為高阻抗輸入端口。P1口：P1是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅動〔吸收或輸出電流〕4個TTL邏輯門電路。P2口：P2是一個帶有內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅動4個TTL邏輯門電路。P3口：P3口是一組帶有內部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級可驅動〔吸收或輸出電流〕4個TTL邏輯門電路。EA/VPP：外部允許。*TAL1：振蕩器反相放大器及內部時鐘發(fā)生器的輸入端。*TAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。圖2AT89S51芯片引腳圖2.2.2AT89S51單片機的工作原理單片機最小系統(tǒng)如圖3所示，其中有4個雙向的8位并行I/O端口，分別記作P0、P1、P2、P3，都可以用于數(shù)據(jù)的輸出和輸入，P3口具有第二功能為系統(tǒng)提供一些控制信號[7]。時鐘電路用于產生單片機工作所必須的時鐘控制信號，內部電路在時鐘信號的控制下，嚴格地按時序指令工作，單片機內部有一個用于構成振蕩器的高增益反向放大，該高增益反向放大器的輸入端為芯片的引腳*TAL1，輸出端為*TAL2[8]。這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器和微調電容，就構成了一個穩(wěn)定的自激振蕩器。圖3最小系統(tǒng)設計原理圖2.3MC14433的內部邏輯構造和引腳MC14433電路是一個低功耗三位半雙積分式A／D轉換器。和其它典型的雙積分A/D轉換器類似，MC14433A／D轉換器由積分器、比擬器、計數(shù)器和控制電路組成。其電路構造及引腳圖如圖4所示圖4電路構造及引腳圖MC14433的引腳說明

[1].Pin1(VAG)—模擬地，為高科技阻輸入端，被測電壓和基準電壓的接入地。

[2].Pin2(VR)—基準電壓，此引腳為外接基準電壓的輸入端。[3].Pin3(V*)—被測電壓的輸入端。

[4].Pin4-Pin6(R1/C1，C1)—外接積分元件端。

[5].Pin7、Pin8(C01、C02)—外接失調補償電容端。

[6].Pin9(DU)—更新顯示控制端，此引腳用來控制轉換結果的輸出。

[7].Pin10、Pin11(CLK1、CLK0)—時鐘外接元件端。

[8].Pin12(VEE—負電源端。

[9].Pin13(Vss)—數(shù)字電路的負電源引腳。

[10].Pin14(EOC)—轉換周期完畢標志位。

[11].Pin15()—過量程標志位，當|V*|>VREF時，輸出為低電平。

[12].Pin16、17、18、19(DS4、DS3、DS2、DS1)—多路選通脈沖輸出端。

[13].Pin20、21、22、23(Q0、Q1、Q2、Q3)—BCD碼數(shù)據(jù)輸出端。

[14].Pin24(VDD)—正電源電壓端。MC14433的工作原理MC14433是31/2位的雙積分式A/D轉換器，轉換速度每秒1～10次，量程為1.999V或199.9mV，以BCD碼的形式輸出，其邏輯符號如圖5所示。圖5MC14433的邏輯符號MC14433的數(shù)據(jù)信號有：DS1～DS4多路選通脈沖輸出，DS1為千位，DS4為個位。Q0～Q3BCD碼輸出。-OR過量程標志輸出，當|V*|＞VR時，-OR為低電平。DU更新轉換結果的輸出。EOC轉換周期完畢標志。與模擬輸入有關的信號有：R1，R1／C1，C1外接積分電阻與電容。C01，C02補償電容，0.1μF。CLK0，CLK1時鐘振蕩器外接電阻、典型值為470kΩ，電阻加大，時鐘頻率降低。VR基準電壓輸入端，選2.0V或200mV。V*被測電壓輸入端。VAG被測電壓，基準電壓接地端。VDD，VSS，VEE正負電源及接地端。圖6為選通脈沖的時序圖。圖6MC14433輸出選通脈沖時序圖在DS1有效時輸出千位數(shù)據(jù)，DS4有效時輸出個位數(shù)據(jù)。每個選通脈沖寬度為18個時鐘周期。兩個相鄰脈沖之間的間隔為2個時鐘周期。MC14433可通過74LS244與CPU的數(shù)據(jù)總線相連，其連接方法如圖7所示。圖7MC14433接口將DU與EOC相連，這樣每次A/D轉換完畢后，數(shù)據(jù)都被更新。EOC信號還可作為中斷申請信號，在轉換完畢后申請中斷。中斷響應后即可讀入數(shù)據(jù)，根據(jù)輸出選通脈沖的時序，先用查詢方法判斷是否為DS1有效。假設是DS1有效，則按Q0，Q2，Q3來決定是否超量程、信號的極性及千位為1還是0。然后等待DS2周期，讀入百位數(shù)的BCD碼。在DS3、DS4周期內分別讀入十位和個位的BCD碼[9]。2.4系統(tǒng)硬件電路及原理系統(tǒng)硬件電路構成系統(tǒng)以單片機為核心，組成一個集溫度的采集、處理、顯示、自動控制為一身的閉環(huán)控制系統(tǒng)，其原理框圖如下圖。系統(tǒng)硬件電路由溫度傳感器、單片機、RS-485串口通信和計算機組成。圖8系統(tǒng)原理圖圖9系統(tǒng)電路原理圖溫度傳感器的作用是采集糧庫內的溫度，并進展判斷和顯示。單片機主要是對溫度傳感器AD590進展編程，讀取溫度傳感器的溫度值，并把溫度值通過串口通信送入計算機。本系統(tǒng)中的單片機選用AT89S51。串口通信的作用是把單片機送來的數(shù)據(jù)送到計算機里，起到傳輸數(shù)據(jù)的作用[10]。計算機主要是進展編程，對溫度進展顯示、報警和控制等。系統(tǒng)工作原理如圖10所示。整個系統(tǒng)以AT89S51單片機為主機，其他設備為從設備。單片機通過RS-485總線與PC機通訊。PC機作上位機進展實時監(jiān)控管理，控制器選用Ma*705組成上電復位和看門狗電路。本系統(tǒng)通過單總線可以掛接很多個溫度傳感器AD590，用于糧庫內不同地方的溫度測量和控制。圖中只畫出了一個監(jiān)控現(xiàn)場的配置，其布線接頭與通常線路使用的一樣，插入和拔出都很方便[11]。圖10單總線器件組建溫度測控系統(tǒng)示意圖該溫度測控系統(tǒng)的工作原理就是進展計算機編程和單片機編程，使溫度傳感器AD590正常工作，去檢測糧庫內實際的溫度，并由數(shù)字顯示電路顯示出當時的溫度值[12]。如果采集的溫度值高于上限報警溫度，系統(tǒng)將發(fā)出報警,并同時起動制冷設備，把溫度降下來，當溫度降到一定的程度，即低于上限復位值時，立即關閉制冷設備，使制冷設備停頓工作。當采集的溫度值低于下限報警溫度值時，系統(tǒng)又發(fā)出報警，并同時起動制熱設備，使糧庫內的溫度上升，當溫度上升到一定的程度，即高于下限復位值時，立即關閉制熱設備，使制熱設備停頓工作，從而溫度值維持在一定的*圍內[13]。具體的溫度越限自動控制過程如圖11所示。圖11溫度超限自動控制示意圖溫度控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構采用開關量控制，本系統(tǒng)選用了可尋址的單總線控制開關DS2405，由它送出1位?；?作為控制碼信息，去勝制報警設備、通風機執(zhí)行機構(空調)等的開啟與關閉。當單片機發(fā)現(xiàn)溫度傳感器采集到糧倉內的實際溫度超過溫度限制時，便讓控制開關DS2405去開啟聲光報警器報警，同時開啟空調機工作。單總線芯片入口示意圖14如下。由圖可見，芯片內還含有收、發(fā)控制和電源電路，其耗電量都很小，從總線上獲得一點電量存儲在大電容中就可以正常工作了，故一般不需要另附電源。3糧庫溫度檢測系統(tǒng)軟件設計3.1系統(tǒng)主程序開場開場系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化A/D轉換A/D轉換YY判斷有無按鍵.判斷有無按鍵.按鍵程序按鍵程序A/D轉換完成否.NA/D轉換完成否.NY顯示顯示程序代碼如下：ORG00HJMPSTARTORG0BH JMPTIM0START:MOVTMOD,*01HMOVTH0,*60MOVTL0,*76SETBTR0MOVIE,*82HMOVR4,*09HMOVR0,*30HCLEAR:MOVR0,*00HDJNZR4,CLEARMOVA,*00HMOVDPTR,*TABLE1MOVCA,A+DPTRMOV34H,AMOVA,*01HMOVDPTR,*TABLE1MOVCA,A+DPTRMOV35H,AMOV36H,*0FFHSTART0:MOV*R0,AWAIT:P3.4,KEYINP2.0,ADCJMPWAITADC:MOV*A,R0MOV37H,ACLRCSUBBA,36HJCTDOWNTUP:MOVA,37HCLRCSUBBA,34HJNCPOFFJMPLOOPPON:CLRP2.1JMPSTART0POFF:SETBP2.1JMPLOOPTDOWN:MOVA,37HCLRCSUBBA,35HJCPONJMPLOOPLOOP:MOV36H,37HCLRAMOVR4,*0FFHDJNZR4,$CALLL1MOV21H,*10HNOVR1,*30HDISP1:CALLDISPDJNZ21H,DISP1JMPSTART03.2軟件系統(tǒng)的子程序設計當輸入的溫度值大于當前測定的溫度值，單片機就控制制熱設備加熱；當設定的溫度值小于當前測定的溫度值，就開啟降降溫設備。程序代碼如下：TIM0:PUSHACCPUSHPSW MOVTH0,*60MOVTL0,*76MOVA,33HCJNEA,31H,TMOVA,32HCJNEA,30H,TJMPOFFT:JCOFFCLRP2.1RETURN:POPPSWPOPACCRETIOFF:SETBP2.1JMPRETURNDELAY:MOVR7,*06D1:MOVR6,*248DJNZR6,$DJNZR7,D1RET4總結隨著社會的進步和科學技術的開展，人們越來越重視溫度因素，許多產品存儲對溫度*圍要求嚴格，而目前市場上普遍存在的溫度檢測儀器大都是單點測量，同時還有溫度信息傳遞不及時、精度不夠的缺點，不利于控制者根據(jù)溫度變化及時做出決定。因此，一種能夠同時測量多點，并且實時性高、精度高，能夠綜合處理多點溫度信息的測控系統(tǒng)的設計就成為當今的熱點。本課題就是在這樣的形式下，研究一種基于單片機